数字频带传输系统研究设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流数字频带传输系统研究设计.精品文档.石家庄铁道大学四方学院毕业设计数字频带传输系统研究Research of Digital Frequency Transmission System指导教师签字时 间 年 月 日毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论

2、文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录

3、（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装

4、订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘要本文主要研究数字频带传输系统基本原理，包括二进制和多进制数字调制和解调原理，然后对调制和解调原理进行仿真，并对结果进行分析。对二进制的数字频带系统，重点研究二进制振幅键控（2ASK）、二进制频移键控（2FSK）、二进制相移键控（2PSK）、二进制差分相移键控（2DPSK）的调制和解调原理，并对各个系统的功率谱进行分析；对多进制数字调制系统，研究了多进制振幅调制、多进制频率调制、多进制相位调制的原理，并以四进制为例对各个系统进行仿真，最后对系统的有效性进行分析。关键词：频带传输调制与解调幅度键控

5、频移键控相移键控AbstractThis paper studies the basic principles of digital band transmission systems, including binary and multi-band digital modulation and demodulation, Also principles of the modulation and demodulation are simulated, with the results analyzed.For the binary digital frequency transmission

6、 system, this paper focuses on the modulation and demodulation of the binary amplitude shift keying (2ASK), binary frequency shift keying (2FSK), binary phase shift keying (2PSK), binary differential phase shift keying (2DPSK) , and the power spectrum of each system is analyzed. For the M-ary digita

7、l frequency transmission system, this paper focuses on the basic principles of M-ary amplitude modulation, M-ary frequency modulation, M-ary phase modulation. Also simulation is accomplished, with the results analyzed.Keywords: Frequency-Band transmissionModulation and demodulationAmplitude shift ke

8、yingFrequency shift keyingPhase shift keying目录第1章绪论11.1研究的背景11.2研究的意义31.3国内外研究现状41.4主要研究内容5第2章数字频带传输系统的研究62.1数字频带传输系统的概述62.2二进制数字频带传输系统62.2.1二进制振幅键控（2ASK）62.2.2二进制频率键控（2FSK）72.2.3二进制相移键控（2PSK）82.2.4二进制差分相移键控（2DPSK）92.3多进制数字频带传输系统102.3.1多进制振幅键控（MASK）102.3.2多进制频移键控（MFSK）102.3.3多进制相移键控（MPSK）11第3章二进制数字频

9、带传输系统设计133.12ASK系统设计133.1.12ASK系统框图设计133.1.22ASK系统仿真及波形分析133.22FSK系统设计143.2.12FSK系统框图设计143.2.22FSK系统仿真及波形分析153.32PSK系统设计173.3.12PSK系统框图设计173.3.22PSK系统仿真及结果分析183.42DPSK系统设计203.4.12DPSK系统框图设计203.4.22DPSK调制解调系统波形仿真20第4章多进制数字频带传输系统的仿真设计224.14ASK系统仿真及结果分析224.24FSK系统仿真及结果分析234.34PSK系统仿真及结果分析24第5章结论与展望26参考

10、文献27致谢28附录29附录A外文资料29附录B程序清单48第1章绪论1.1研究的背景通信是人类文明发展历史中一个永恒的话题，通信的历史演进伴随着通信技术的发展，它与人类社会的进步和科学技术的发展有极为密切的关系。通信技术的发展深刻地改变着人们的生产方式和生活习惯，推动人类社会向前迈进。从通信的发展可以看到社会进步的过程。从古时的烽火狼烟、飞鸽传书、驿站邮递到近代电报与电话的发明，再到现代以计算机和数字通信融合为代表的信息技术，每一次通信技术的飞跃，都深刻影响着人类的经济和社会生活。19世纪中叶以后，由于电报、电话的发明以及电磁波的发现，人类地通信手段发生了根本性的变革，开创了电气通信的新时代

11、，随着科技水平的不断提高，相继出现了无线电、固定电话、移动电话、互联网等各种通信手段，先进的通信技术拉近了人与人之间的距离，回顾通信发展的历程，每一次相关重大技术的进步都孕育着通信技术水平的进一步提高。通信发展史也是一部人类科技进步史。1837年，美国人莫尔斯展示了世界上第一台电磁式电报机。1864年，英国人麦克斯韦预言了电磁波的存在。1875年，苏格兰人亚历山大贝尔发明了世界上第一部电话机。1901年，意大利人马可尼成功实现了跨大西洋两岸的无线通信。1906年，美国人费森登研究出无线电广播发送机。1925年，美国无线电公司研制出第一部实用的传真机。1937年，英国人里夫斯首次提出用脉冲编码调

12、制来进行数字语言通信的思想。1940年，美国人古马尔研制出机电式彩色电视系统。1945年，英国人克拉克提出静止人造卫星通信的设想。1946年，美国人埃克特和莫奇利发明了世界上第一台电子计算机。1947年，美国贝尔实验室提出来蜂窝网移动通信的概念。1957年，前苏联成功发射了人类第一颗人造卫星。1959年，美国人基尔比和诺伊斯发明了集成电路。1965年，第一部由计算机控制的程控电话交换机在美国问世。1966年英籍华人高锟提出以玻璃纤维进行远距离激光通信的设想。1969年，在美国投入运营的ARPA网形成了互联网的雏形。1974年，首次提出传输控制协议/互联网协议（TCP/IP），成为当代互联网的基

13、础。1977年，美日科学家研制出超大规模集成电路。1982年，欧洲成立了移动通信特别组，制定了泛欧移动通信漫游标准。1983年，采用模拟蜂窝技术的先进移动电话系统（AMPS）在美国芝加哥开通。1991年，泛欧网数字移动通信系统投入商用。1993年，美国政府提出了建设国家“信息高速公路”的建设计划。20世纪80年代初，随着我国改革开放政策的实施，人们对通信业务的需求日益膨胀，为国内通信事业的快速成长提供了巨大的发展机会。通信业务以超常规、成倍数、跳跃式的发展速度和发展规模取得了令世人瞩目的成就。1982年，福州引进了第一套万门程控电话交换机。1983，上海率先开通了第一个模拟通信寻呼系统。198

14、4，年东方红二号同步通信卫星发射成功。1984年，中外合资上海贝尔电话设备有限公司成立。1986年，国家对通信技术设备进口实行10年关税减免政策。1987年，第一个TACS制式模拟蜂窝移动电话系统在广东建成并投入使用。1988年，第一个实用单模光纤通信系统（34Kbit/s）在扬州、高邮之间开通。1990年，第一条长途光缆宁汉光缆干线工程建成投产。1991年，自主研发的HJD-04型程控交换机研制成功。此后，以大唐、中兴、华为公司，以及武汉邮电科学研究院等为代表的民族通信制造业实现了群体突破。1993年，第一条公用数据通信网公用分组交换网（CHINAPAC）正式开通。此后陆续开通了公用数字数据

15、网（CHINADDN）和中国公用计算机互联网（CHINANET）。1993年，第一条国际光缆中日海底光缆投入使用。1994年，广东开通了GSM数字蜂窝移动电话网。1995年，联通GSM130数字移动电话网在北京、天津、上海、广州建成开通。1996年，移动电话实现全国漫游，并开始提供国际漫游服务。1998年，正式向国际电联提交第三代移动通信标准（简称3G）TD-SCDMA，该标准成为第一个具有自主知识产权并被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。1999年，第一条传输速率为82.5Gbit/s的密集波分复用（DWDM）系统开通。2002年，中国移动通信GPRS业务正式投入商用，中国移动迈入2.

16、5G时代。2006年，TD-SCDMA被宣布成为我国的国家通信行业标准。2009年初，3G牌照正式发放，标志着我国进入第三代移动通信的普及阶段，WCDMA、cdma2009和TD-SCDMA三大主流无线移动通信标准竞争并存的时代来临。回顾国内外通信发展史，不难看出未来通信产业发展的一些显著特征：伴随着一系列新技术的不断涌现，通信技术和手段会进一步得到提升。以光信号作为信息的载体，以微电子学和光电技术为基础，结合计算机技术，网络信息处理技术，预示着高速、宽带、无缝连接的数字化信息时代即将到来。随着通信系统复杂性的增加，传统的手工分析与电路板实验的分析设计方法已经不能适应发展的需要，通信系统计算机

17、模拟仿真技术日益显示出巨大的优越性。计算机仿真是根据被研究的真实系统的模型，利用计算机进行试验研究的一种方法。它具有利用模型进行仿真的一系列优点，如费用低易于进行真实系统难于实现的各种试验，以及易于实现完全相同的条件下的重复性试验等。Matlab仿真软件就是分析通信系统常用的工具之一。Matlab是一种交互式的，以矩阵为基础的软件开发环境，它用于科学和工程的计算与可视化。Matlab的编程功能简单并且很容易扩展和创造新的命令与函数。应用Matlab可方便的解决复杂数值计算问题。Matlab具有很强大的Simulink动态仿真环境，可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。Simuli

18、nk支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持多采样速率的多速率系统，Simulink为用户提供了用方框图建模的图形接口，它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比，更直观、方便和灵活。用户可以在Matlab和Simulink两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现通信仿真的通信工具包是Matlab语言中一个科学性工具包，提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能，可以在Matlab环境下独立使用，也可以配合Simulink使用。因此，Matlab在通信仿真系统中得到了广泛的应用。1.2研究的意义数字调制是指用基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些

19、参量随基带信号的变化而变化。根据控制载波参量的不同，数字调制有调幅、调频、调相三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。另外，由于数字通信具有建网灵活，容易采用熟悉差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入综合业务数字网（ISDN），所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过度的趋势。因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要组成部分之一，对它的研究

20、也是有必要的。通过对调制系统的仿真，我们可以更加直观的了解数字调制解调的原理及性能，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。而数字频带传输系统的研究是在数字基带的传输系统的基础上进行改进。为使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道具有低通形式的传输特性。但在实际信道中大多数新道具有带通传输特性，因此，必须用数字信号来调制某一较高频率的正弦载波，使已调信号能通过带限信道传输。这种用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制。而已调信号通过信道传输到接收端，在接收端通过解调器把频带数字信号还原成基带数字信号，这种数字信号的反变换称为数字解调。一般说来，数字调制技术可

21、分为两种类型：一是利用模拟调制方法去实现数字调制，即把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况来处理；二是利用数字信号的离散取值特点键控载波，从而实现数字调制。第二种技术通常称为键控法，比如对载波的振幅，频率及相位进行键控，便可相应获得振幅键控（ASK），频移键控（FSK）及相移键控（PSK）调制方式。1.3国内外研究现状数字通信的主要优点是抗干扰能力强，无噪声积累，可利用数字技术进行加/解密和检纠错，便于实现通信设备的集成化、微型化和智能化，有利于信号的存储、传输与交换的综合，可兼容语音、数据、文本、图像等多业务，因此自20世纪70年代以来，取得了飞速发展。最早的电通信形式，即1837年S莫尔斯演

22、示的电报试验就是一个数字通信系统。1937年提出的脉冲编码调制是应用最早和最广泛的数字语音通信方式，1960年世界上第一台数字电话终端机开始用于市内电话网改造，从此数字通信的优势和潜力逐渐被人们所认识和挖掘。随着集成电路、超大规模集成电路、光纤传输技术的应用，数字通信进入全盛时期，成为世界各国主要研究、应用和发展的领域。调制技术最初是从模拟信号的调制与解调技术开始发展的，这是因为当时的通信系统为模拟系统。后来，随着数字通信技术的发展，数字调制技术也得到了迅速发展和广泛应用。随着各种通信系统数量的日益增多，为了充分地利用有限的频谱资源，广大通信科研工作者致力于研究具有更高频谱利用率的数字调制技术

23、，而且原CCITT一直在促进并鼓励开发新奇的频谱使用技术，由于原CCITT科学地将频段分别分配给各种通信系统，以便各种通信系统能够有效地进行通信，因而，许多用户团体、科研院所和通信公司都在开发先进的调制技术来提高给定频谱的利用率。众所周知，调制技术是通信系统中的关键技术之一，尤其对于数字通信系统，字调制技术更关系到系统性能的优劣。对于数字调制技术的主要要求是：已调信号要具有比较窄的频谱宽度和较快的带外衰减（即已调信号所占频带窄，或者称频谱利用率高）；对于已调信号要容易采用相干或非相干方法解调；而且已调信号要具有较强的抗噪声和抗干扰能力，并适宜在衰落信道中传输。提高频谱利用率是提高通信系统容量的

24、重要措施，也是人们规划和设计通信系统的关注焦点。高的频谱利用率就是要求已调信号所占的带宽要窄，即已调信号频谱从天线发射时功率的主瓣要窄，同时旁瓣的幅度要低（也就是要求辐射到相邻频道的功率要小）。对于数字调制系统而言，频谱利用率指的是传输效率问题，也就是说，不仅要关心通信系统的传输速率，还要看在这样的传输速率下所占用的信道频带宽度是多少。如果系统的频谱利用率高，则说明通信系统的传输效率高，否则传输效率就低。频谱利用率通常定义为单位频带（1Hz）内信息传输速率（单位为bit/s）和码元传输速率的高低。这里指的“高效”就是指具有较高的频谱利用率。从频谱利用率的定义可以看出，要提高通信系统的利用率有两

25、种途径：一是降低已调信号的频谱宽度，二是提高该调制系统的信息传输速率。由于恒包络调制技术具有相对较窄的频谱，因而得到了重视和利用，并且获得了飞速的发展。另一种获得迅速发展的调制技术是振幅和相位联合调制（QAM）技术，该技术具有较高的信息传输速率。由于移动通信、导航控制技术的迅速发展，使得码分多址通信系统发展非常迅猛，也使得正交频分复用（OFDM）技术获得了新生，并得到极快的发展，该技术可以克服码间干扰并极大地提高系统的容量。随着通信技术的迅速发展,通信速度已经越来越不适应发展的要求了，因此多进制数字调制应运而生,它指的是调制信号的不同状态数大于2的数字调制，当信道频带受限时可以使信息传输率增加

26、，从而提高频带利用率。现在多进制数字调制技术得到了越来越广泛的应用。它也可以相应地分为多进制振幅键控、频移键控和移相键控。多进制振幅键控(MASK)，即载波的振幅有M种取值：A0，A1,A2，AM-1，每个符号间隔TS内发送一种振幅载波信号。MASK的调制方法与2ASK的方法相同，不同的只是基带信号由二电平变为多电平。多进制移相键控(MPSK)，即载波的相位有M种取值。常用的有4PSK(又称QPSK)和8PSK。4PSK可以采用0、/2、3/2四种相位，也可以采用/4、3/4、5/4、7/4四种相位。另外，为了提高传输速率，现在经常采用幅度和相位联合调制方式(QAM)。所谓幅相联合调制是指调制

27、载波的振幅和相位都随独立的基带信号而变化。CCITTV.29“点对点四线租用电话型电路上使用的标准化9600bit/s调制解调器”标准就是采用4QAM调制方式。在4QAM中,要传送的组合数据流经扰频后分为4比特一组,每4比特中的第一个比特决定了要传送信号的幅度,而其余3比特则决定要采用的相位变化。另外,目前较常使用的有16QAM、64QAM和256QAM1。1.4主要研究内容本文主要研究二进制和多进制数字频带传输系统，利用MATLAB仿真了2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的信号时间波形和功率谱密度，分析了频谱特性和带宽，并根据设计的调制解调原理框图仿真出了它们的调制解调波形，在多进制调

28、制原理的基础上，以四进制为例仿真了4ASK、4FSK、4PSK的信号时间波形和功率谱，分析了与二进制数字频带传输系统的异同和优劣，着重对4PSK进行调制解调仿真。第2章数字频带传输系统的研究2.1数字频带传输系统的概述数字调制就是把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。通常把包括调制和解调过程的数字传输系统称为数字带通传输系统。在远距离传输情况下，特别是在无线或者光纤信道传输时，因为信道都是带限信道或带通信道，含有丰富低频成分的数字基带信号无法直接传输，必须经过调制器进行解调，使其成为数字频带（载波）信号后再进行传输，在接收端经过相应解调器，将其还原成数字基带信号，从实际的应用上来

29、看，数字频带传输比基带传输的应用更加广泛。数字调制技术有两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制；通过开关键控载波，通常称为键控法。基本的键控方式分为振幅键控、频移键控、相移键控。数字调制可分为二进制调制和多进制调制。所谓多进制数字调制，就是利用多进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量，如幅度、频率或相位的过程。根据被调参量的不同，多进制数字调制可分为多进制幅度键控（MASK）、多进制频移键控（MFSK）以及多进制相移键控（MPSK或MDPSK）。也可以把载波的两个参量组合起来进行调制，如把幅度和相位组合起来得到多进制幅相键控（MAPK）或它的特殊形式多进制正交幅度调制（MQAM）等。由

30、于多进制数字已调信号的被调参数在一个码元间隔内有多个取值，因此，与二进制数字调制相比，多进制数字调制有以下几个特点：(1)在码元速率（传码率）相同条件下，可以提高信息速率（传信率），使系统频带利用率增大。码元速率相同时，进制数传系统的信息速率是二进制的倍。在实际应用中，通常取，为大于1的正整数。(2)在信息速率相同条件下，可以降低码元速率，以提高传输的可靠性。信息速率相同时，进制的码元宽度是二进制的倍，这样可以增加每个码元的能量，并能减小码间串扰影响等。正是基于这些特点，使多进制数字调制方式得到了广泛的使用。不过，获得以上几点好处所付出的代价是，信号功率需求增加和实现复杂度加大2。2.2二进制

31、数字频带传输系统2.2.1二进制振幅键控（2ASK）振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息的，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”和“1”。一种常用的也是最简单的二进制振幅键控方式称为通-断键控，2ASK信号的一般表达式为： (2-1)其中 (2-2)为码元持续时间；为持续时间为的基带脉冲波形，通常假设是高度为1，宽度等于的矩形脉冲；为第个符号的电平取值，若取 (2-3)则相应的2ASK信号就是OOK信号。二进制振幅键控信号的产生方法有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法。2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似，所以对2ASK信号也

32、能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)。由于2ASK信号是随机的功率信号，故研究它的频谱特性时，应该讨论它的功率谱密度。若设的功率谱密度为，2ASK信号的功率谱密度为： (2-4)2.2.2二进制频率键控（2FSK）频移键控时利用载波的频率来传递数字信息的。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。若二进制基带信号的“1”符号对应于载波频率f1,“0”符号对应于载波频率f2,则二进制移频键控信号的表达式为： (2-5)式(2-5)中为单个矩形脉冲，为脉冲持续时间，和分别是第个信号码元（1或0）的初始相位，通常可令其为零。2FSK信号的产生方法主要有

33、两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法来实现。解调方法是采用非相干解调（包络检波）和相干解调。其解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行判决。这里的抽样判决是直接比较两路信号的抽样值的大小，可以不专门设置门限。对于相位不连续的2FSK信号的功率谱密度可以近似表示成两个不同载频的2ASK信号功率谱密度的叠加，因此2FSK频谱可以近似表示成中心频率分别为f1和f2的两个2ASK频谱的组合。2FSK信号的功率谱的表示式： (2-6)2.2.3二进制相移键控（2PSK）相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通

34、常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。因此2PSK信号的时域表达式为： (2-7)式(2-7)中，表示第个符号的绝对相位： (2-8)因此，式(2-8)可以改写为： (2-9)由于表示信号的两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号一般可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘，即： (2-10)式(2-10)中 (2-11)这里，是脉宽为的单个矩形脉冲而的统计特性为 (2-12)即发送二进制符号“0”时（取+1），取0相位；发送二进制符号“1”时（取-1）。这种以载波的不同相位直接去表示相位相应二进制数字信号的调制方式称为二进制绝对相移方式。2PSK信号的产生有两种

35、方法：模拟调制法和键控法，与2ASK信号的产生方法相比较，只是对的要求不同，在2ASK中是单极性的，而在2PSK中是双极性的基带信号。2PSK信号的解调通常采用相干解调法3。比较2ASK信号的表达式和2PSK的信号表达式可知两者的表示形式完全一样，区别仅在于基带信号不同，前者为单极性，后者为双极性。因此，我们可以直接引用2ASK信号的功率普遍密度的公式来表述2PSK信号的功率谱，即 (2-13)2.2.4二进制差分相移键控（2DPSK）2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。假设为当前码元与前一码元的载波相位差，可定义一种数字信息与之间的关系为：于是可以将

36、一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系示例如下：二进制数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1DPSK信号相位： （0） p p 0 p p 0 p 0 0 p或： （p） 0 0 p 0 0 p 0 p p 0相应的2DPSK信号的波形如下：图2-12DPSK信号波形图2DPSK信号的产生方法可以采用:首先对二进制数字基带信号进行差分编码,将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息,然后再进行绝对调相,从而产生二进制差分相位键控信号。2DPSK信号的解调方法之一是相干解调（极性比较法）加码反变换法。其解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，

37、再经反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码（码反变换）得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊性带来的问题。2DPSK信号的另一种解调方法是差分相干解调方式(相位比较法)。用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需要由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔，然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器不需要码反变换。2DPSK可以与2PSK具有相同形式的表达式，所

38、不同的是2PSK中的基带信号对应的是绝对码序列，而2DPSK中的基带信号对应的是码变换后的相对码序列。因此，2DPSK信号的2PSK信号的功率谱密度是完全一样的4。2.3多进制数字频带传输系统2.3.1多进制振幅键控（MASK）多进制振幅调制(MASK)又称为多电平调制，它是二进制数字幅度调制方式的推广。MASK信号的带宽和2ASK信号的带宽相同，故单位频带的信息传输速率高，即频带利用率高。M进制幅度调制信号的载波振幅有M种取值，在一个码元期间内，发送其中的一种幅度的载波信号。MASK已调信号的表示式为： (2-14)这里，为M进制数字基带信号： (2-15)式(2-14)中，是高度为1,宽度

39、为的门函数；有M种取值。2.3.2多进制频移键控（MFSK）它是用M个不同的载波频率代表M种数字信息。MFSK系统的组成方框图如图2-2所示。发送端采用键控选频的方式，接收端采用非相干解调方式。图2-2多进制数字频率调制的组成框图串/并变换器和逻辑电路1将一组组输入的二进制码（每个码元为一组）对应地转换成有种状态的一个多进制码。这个状态分别对应个不同的载波频率。当某组位二进制码到来时，逻辑电路1的输出一方面接通某个门电路，让相应的载频发送出去，另一方面同时关闭其余所有的门电路。于是当一组组二进制码元输入时，经相加器组合输出的便是一个进制调频波形。进制的解调部分由个带通滤波器、包络检波器及一个抽

40、样判决器、逻辑电路2组成。各带通滤波器的中心频率分别对应发送端各个载频。因而，当某一已调载频信号到来时，在任一码元持续时间内，只有与发送端频率相应的一个带通滤波器能收到信号，其它带通滤波器只有噪声通过。抽样判决器的任务是比较所有包络检波器输出的电压，并选出最大者作为输出，这个输出是一位与发端载频相应的进制数。逻辑电路2把这个进制数译成位二进制并行码，并进一步做并/串变换恢复二进制信息输出，从而完成数字信号的传输5。2.3.3多进制相移键控（MPSK）它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相位调制（MPSK）和相对相位调制（M

41、DPSK）两种。设载波为，则进制数字相位调制信号可表示为 (2-16)为第个码元对应的相位，共有种不同取值。由于一般都是在范围内等间隔划分相位的（这样造成的平均差错概率将最小），因此相邻相移的差值为 (2-17)令，式(2-17)变为 (2-18)这里常把式(2-18)中第一项称为同相分量，第二项称为正交分量。由此可见，MPSK信号可以看成是两个正交载波进行多电平双边带调制所得两路MASK信号的叠加。这样，就为MPSK信号的产生提供了依据，实际中，常用正交调制的方法产生MPSK信号6。第3章二进制数字频带传输系统设计3.12ASK系统设计3.1.12ASK系统框图设计图3-12ASK系统框图在

42、2ASK调制解调系统中，调制时，将基带信号与载波相乘形成2ASK信号，解调时，让已调信号通过带通滤波器，然后通过相乘器与相干载波相乘，最后通过低通滤波器，经抽样判决，恢复出原基带信号7。3.1.22ASK系统仿真及波形分析图3-22ASK系统仿真波形载波采用高频正弦波，基带信号经调制以后，2ASK信号波形随基带信号变化，当调制信号为“1”时有载波信号，当调制信号为“0”时无载波，也就是说2ASK是用已调波幅度的变化来传递数字信息的。当2ASK信号经过信道时会产生加性噪声，通过带通滤波器后滤除部分噪声，在相乘器中与相干载波相乘进行整流，在经过低通滤波器滤除高频分量，抽样判决后还原成原基带信号。图

43、3-32ASK功率谱密度从图3-2和图3-3的仿真波形可以看出：第一，2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于单个基带信号码元经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。第二，2ASK信号的带宽是基带信号带宽的2倍，若只计谱的主瓣（第一个谱零点位置）即2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。3.22FSK系统设计3.2.12FSK系统框图设计图3-42FSK调制框图图3-52FSK相干解调框图2FSK系统分为调制系统和解调系统。图3-4为2FSK的键控调制，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同独立频率源进行选通，使其在每一个码元期间输出或两个载波之一

44、，例如，当基带信号为“1”时选通载波频率为，根据2FSK的时域表达式“1”的反码为“0”，所以基带信号经过一个反相器继而选通载波频率，两路信号在相加器内叠加。图3-5为2FSK相干解调原理框图，其解调原理是由于2FSK可以看作是两个频率不同的2ASK信号的叠加，故其相干解调可以分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，每一支路的解调与2ASK相类似，然后进行判决8。3.2.22FSK系统仿真及波形分析图3-6基带信号与两种载波的产生图3-6中第一个波形是基带信号的产生，第二个波形为基带信号反码的产生，即代表1和0的调制信号。第三波形和第四波形为两种不同频率载波信号的产生。图3-72FSK产生和信

45、号加噪图3-7中第一部分是基带信号与载波信号1相乘得到的波形，第二部分是基带信号的反码与载波信号2相乘得到的波形，第三部分是2FSK信号的波形，可以看出2FSK中载波的频率受调制信号的控制，当基带信号与两种不同频率的载波相乘时，形成了两种不同频率的2ASK信号，而2FSK则是两种不同频率2ASK信号的叠加，若设“1”对应载波频率，“0”对应于载频，可以看出在2FSK中载波的频率随二进制基带信号和两个频率点之间变化。第四部分是2FSK信号经过信道后产生噪声的2FSK信号。图3-82FSK相干解调后的波形图3-8第一与第二部分分别是上图中两路不同载频的信号经过带通滤波器并与相干载波相乘后的波形，可

46、以看出2FSK是分为两路2ASK进行解调的，抽样判决后还原成原基带信号。从图3-8可以看出：2FSK信号的波形可以分解为两个不同载频的2ASK信号的叠加，根据载频的不同来判断发送的是0还是1，即说明2FSK是利用载波的频率变化来传递数字信息的。图3-92FSK功率谱密度从图3-9可以看出：第一，相位不连续2FSK信号的功率谱由连续普和离散谱组成。其中，连续谱由两个中心位于和处得双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频和处；第二，连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若，连续谱在处出现单峰；若出现双峰；第三，若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽近似为3.32PSK系统设计3.3.12PSK系统框图设计图3-10模拟调制法产生2PSK信号原理框图图3-112PSK信号相干解调原理框图2PSK系统分为调制和解调系统，图3-10是2PSK的模拟调制法产生2PSK信